뇌우의 생성과 구성

항공기의 운항에 있어서 뇌우를 만난다는 것은 굉장히 위험한 상황들 중 하나이다. 과학기술의 발달에 따라 뇌우로 인해 항공기가 비행 중 사고가 나는 등의 상황은 많이 줄어들었다. 그러나 여전히 뇌우 지역에서 작용하는 낙뢰와 같은 뇌방전과 폭풍 등의 현상으로 인해 치명적인 피해를 입을 수 있다. 따라서, 상식적인 선에서라도 뇌우에 대한 기본적인 사항을 알아두는 것이 좋다.

뇌우의 생성

뇌우(Thunderstorm)는 적란운(Cumulonimbus, 쌘비구름)에서 발생하는 폭풍(Storm)의 일종인데, 뇌방전(Lightning discharge) 과 그로 인한 천둥 번개를 동반한다. 이것은 적운(Cumulus, 쌘구름)이 대기 상태에 따라서 발달하면서 호우(Heavy rain), 낙뢰(Lightning), 천둥(Thunder), 돌풍(Downburst, 다운버스트) 등의 악천후 요소들을 동반한다. 경우에 따라서 눈, 우박(Hail), 토네이도(Tornado)등을 포함한 형태로 발전하기도 한다.

뇌우는 기온이 높아지는 여름에 짧은 시간 동안 국지적으로 빈번하게 발생한다. 엄청난 악천후가 짧은 시간 동안 집중적으로 발생하기 때문에 항공기 조종사들은 뇌우를 최대한 피하기 위해서 노력해야 하는데, 피할 수 없다면 피해를 최소화시켜야 한다. 또한 공항과 같은 지상에 있는 항공기 및 장비들이 이런 악천후에 휘말릴 가능성도 있기 때문에 이에 대한 대비도 해두어야 한다.

3뇌우의 생성 환경

뇌우가 생성되기 좋은 환경은 대기가 불안정한 상태이고 수증기가 풍부하며 최초 상승 작용 요인의 삼박자가 맞아떨어지는 곳이다. 최초 상승 작용(Initial upward lifting)은 공기가 위로 올라가게 만들어주는 힘인데, 크게 4가지로 전선, 지형, 지표면 가열로 인한 대류와 야간에 나타나는 복사냉각의 영향으로 만들어지는 거대 운정(Top of cloud)과 같이 나눌 수 있다. 이러한 상승 작용들과 함께 대기에 풍부하게 분포해있는 수증기(Sufficient water vapor)와 공기의 상승을 지속시켜줄 기온감률의 불안정(Unstable lapse rate)이 합쳐져 뇌우가 생성될 수 있는 좋은 환경이 만들어지는 것이다.

승하고 뜨거운 공기가 높은 곳으로 상승하게 되면 차가워지기 시작한다. 단열 팽창(Adiabatic expansion)에 의해서 노점(Dew point)까지 온도가 내려가버리면 습하고 차가운 공기가 서로 응결(Condensation)하게 되면서 적운이 생성된다. 이 때 위와 같은 환경에서는 지속적으로 공기가 상승작용을 일으키기 때문에 적운이 발달한다. 이 과정에서 뇌우를 품은 적란운이 만들어지고, 큰 것은 상공 20km까지 발달하기도 한다.

뇌우의 구성

상승기류(Updraft)와 하강기류(Downdraft)는 뇌우의 구성과 형성 모델에 있어서 대기 불안정도와 함께 중요한 요소다. 강하고 약한 상승기류 및 하강기류의 조합은 4가지로 나뉘고 그에 따라 뇌우의 발달과 특성이 달라진다.

강한 상승기류와 강한 하강기류

이 구성의 뇌우는 다른 뇌우들과 비교하였을 때 가장 강한 위력을 보인다. 불안정한 대기가 매우 풍부한 습기를 머금고 있기 때문에 강한 수직기류(Vertical draft)가 형성되면서 엄청난 양의 구름이 매우 넓은 공역과 높은 고도까지 발달한다. 엄청난 적란운 내부의 매우 강력한 상승기류와 하강기류가 만든 굵은 빗방울들이 쏟아져 내리며 상황에 따라서는 탁구공 크기 정도의 우박도 내릴 수 있다. 결정적으로 토네이도 및 마이크로버스트와 같은 파괴적인 악천후도 동반하기 때문에 항공기 운항에 있어서 치명적인 악천후들 중 하나로 꼽힌다.

강한 상승기류와 약한 하강기류

습기를 굉장히 많이 머금은 대기에 존재하는 하강기류가 증발적 냉각(Evaporational cooling)과 건조한 공기(Dry air)에 의해 주도되는 상황에서 만들어지는 형태이다. 강한 상승기류로 인해 모루구름을 뚫고 발달하는 돌출구름(Overshooting cloud)가 생성되기도 하는데, 많은 비 또는 우박을 동반한다. 상층(Aloft)의 기온이 높을 때는 우박은 형성되지 않고 폭우가 쏟아져 내린다.

약한 상승기류와 강한 하강기류

중간층이 풍부한 습기를 머금고 고도가 낮은 곳에서 상대적으로 건조하고 대기가 불안정할 때 약한 상승기류와 강한 하강기류가 만들어진다. 건조한 공기를 지나는 강수가 증발 및 냉각되는 것과 음성 부력이 작용하기 때문에 구름이 높게까지는 발달하지 않는다. 따라서 비나 우박이 형성되지는 않지만 건조 마이크로버스트(Dry microburst)가 발생할 수 있다는 것을 인지하고 있어야 한다.

약한 상승기류와 약한 하강기류

두 기류 모두 약하기 때문에 구름의 발달이 충분하게 이루어지지 않는 구성이다. 따라서 위에서 살펴본 위협적인 뇌우가 만들어지지 않고 강한 소나기가 발생하는 정도이다.